機械公差與配合標準技術(shù)手冊引言：公差與配合——機械工程的基石在機械工程領(lǐng)域，任何一臺復雜的機器都是由成百上千個零部件組裝而成。這些零部件的尺寸不可能絕對精確，而這種“不精確”的允許范圍，以及它們之間相互裝配時的松緊程度，正是公差與配合所研究的核心內(nèi)容。理解并正確應(yīng)用公差與配合標準，是保證產(chǎn)品互換性、裝配精度、使用性能以及制造成本控制的關(guān)鍵。本手冊旨在系統(tǒng)梳理公差與配合的基本概念、標準體系、選用原則及工程實踐要點，為工程技術(shù)人員提供一套實用的技術(shù)參考。一、公差與配合的基本概念與術(shù)語體系1.1基本尺寸與實際尺寸基本尺寸是設(shè)計給定的，用以確定零件幾何特征的理想尺寸，通常由設(shè)計圖紙標注，是計算極限尺寸和公差的基準。實際尺寸則是通過測量獲得的零件實際測得的尺寸，由于測量誤差和加工誤差的存在，實際尺寸并非一個固定值，而是在一定范圍內(nèi)波動。1.2極限尺寸與公差帶極限尺寸是指允許尺寸變化的兩個界限值。其中，允許的最大尺寸稱為最大極限尺寸，允許的最小尺寸稱為最小極限尺寸。公差帶是由代表上偏差和下偏差的兩條直線所限定的區(qū)域，它直觀地反映了尺寸允許變動的范圍和相對于零線的位置。公差帶的大小由標準公差確定，其位置則由基本偏差確定。1.3偏差與公差偏差是指某一尺寸（實際尺寸、極限尺寸等）減其基本尺寸所得的代數(shù)差。上偏差（ES,es）為最大極限尺寸減其基本尺寸所得的代數(shù)差；下偏差（EI,ei）為最小極限尺寸減其基本尺寸所得的代數(shù)差。尺寸公差（簡稱公差）是指允許尺寸的變動量，即最大極限尺寸與最小極限尺寸之差的絕對值，也等于上偏差與下偏差之差的絕對值。它是一個沒有符號的正數(shù)，反映了零件加工的難易程度。1.4零線與公差帶圖零線是在公差帶圖中，用以確定偏差位置的基準直線，即基本尺寸線。通常零線表示基本尺寸，正偏差位于零線之上，負偏差位于零線之下。公差帶圖是一種圖解方式，通過繪制零線、公差帶的位置和大小，清晰地表達了基本尺寸、極限偏差和公差之間的關(guān)系，是理解和選用公差的重要工具。二、公差帶的構(gòu)成：標準公差與基本偏差2.1標準公差系列標準公差是國家標準規(guī)定的，用以確定公差帶大小的任一公差值。標準公差等級（IT等級）是確定標準公差大小的分級。國家標準將公差等級分為IT01、IT0、IT1至IT18共20個等級。IT01級精度最高，公差值最小；IT18級精度最低，公差值最大。標準公差的數(shù)值由基本尺寸和公差等級共同決定，其數(shù)值可通過查閱國家標準中的標準公差數(shù)值表獲得。在基本尺寸一定的情況下，公差等級越高，標準公差值越小，零件的加工精度要求也越高。2.2基本偏差系列基本偏差是國家標準規(guī)定的，用以確定公差帶相對于零線位置的上偏差或下偏差，一般指靠近零線的那個偏差?；酒钕盗袠?gòu)成了公差帶位置標準化的基礎(chǔ)。對于孔和軸，國家標準分別規(guī)定了28種基本偏差，各用一個或兩個拉丁字母作為代號。孔的基本偏差代號用大寫字母表示，軸的用小寫字母表示。這些代號按順序排列，形成了基本偏差系列圖，直觀展示了不同代號所代表的公差帶位置特征。例如，H為孔的基本偏差代號，其下偏差為零；h為軸的基本偏差代號，其上偏差為零。2.3公差帶的表示方法一個完整的公差帶由基本偏差和標準公差等級共同確定，其表示方法為：基本尺寸后面跟隨公差帶代號。公差帶代號則由基本偏差代號和標準公差等級數(shù)字組成。例如，φ50H7表示基本尺寸為φ50mm的孔，其公差帶代號為H7，H為基本偏差代號（下偏差為零），7為標準公差等級；φ50g6表示基本尺寸為φ50mm的軸，公差帶代號為g6，g為基本偏差代號，6為標準公差等級。三、配合的基本概念與種類3.1配合的定義與配合性質(zhì)配合是指基本尺寸相同的、相互結(jié)合的孔和軸公差帶之間的關(guān)系。這種關(guān)系決定了它們裝配后的松緊程度。配合的性質(zhì)由孔和軸的實際尺寸所形成的間隙或過盈來表征。間隙是指孔的尺寸減去相配合軸的尺寸所得的代數(shù)差為正值；過盈是指軸的尺寸減去相配合孔的尺寸所得的代數(shù)差為正值。3.2配合的種類根據(jù)孔和軸公差帶的相對位置關(guān)系，配合可分為三大類：*間隙配合：具有間隙（包括最小間隙為零）的配合。此時，孔的公差帶完全在軸的公差帶之上。間隙配合主要用于有相對運動的結(jié)合，如軸承與軸頸的轉(zhuǎn)動配合、滑動導軌等。*過盈配合：具有過盈（包括最小過盈為零）的配合。此時，孔的公差帶完全在軸的公差帶之下。過盈配合主要用于需要傳遞扭矩或固定零件相對位置的場合，如軸與輪轂的靜連接。*過渡配合：可能具有間隙或過盈的配合，但間隙和過盈量均較小。此時，孔的公差帶與軸的公差帶相互交疊。過渡配合常用于要求對中性較好，且拆卸不太頻繁的靜止連接，如齒輪與軸的配合。3.3配合制為了簡化和統(tǒng)一公差與配合的選用，國家標準規(guī)定了兩種配合制：*基孔制：基本偏差為一定的孔的公差帶，與不同基本偏差的軸的公差帶形成各種配合的一種制度?；字频目追Q為基準孔，其基本偏差代號為H，下偏差為零。*基軸制：基本偏差為一定的軸的公差帶，與不同基本偏差的孔的公差帶形成各種配合的一種制度。基軸制的軸稱為基準軸，其基本偏差代號為h，上偏差為零。在一般情況下，應(yīng)優(yōu)先采用基孔制，以減少定值刀具、量具的規(guī)格數(shù)量。而在某些特定場合，如農(nóng)業(yè)機械、紡織機械中，或當軸為標準件（如滾動軸承的外圈）時，則采用基軸制更為經(jīng)濟合理。四、公差與配合的選擇：原則與方法4.1選擇的基本原則公差與配合的選擇是一項技術(shù)性和經(jīng)濟性緊密結(jié)合的工作，應(yīng)綜合考慮以下因素：*使用要求：這是選擇的首要依據(jù)。包括零件的功能、工作條件（如載荷、溫度、速度）、裝配精度要求、互換性要求、使用壽命等。例如，高速轉(zhuǎn)動的配合需要較小的間隙以保證穩(wěn)定性，而經(jīng)常拆卸的配合則不宜采用過大的過盈。*制造工藝性：所選的公差等級應(yīng)在現(xiàn)有制造設(shè)備和工藝水平下能夠經(jīng)濟地實現(xiàn)。過高的精度要求會導致制造成本急劇上升。*裝配條件：裝配方法（如手工裝配、壓力裝配、熱裝配）對配合的松緊程度有影響。例如，采用壓力機裝配可以獲得比手工敲入更大的過盈量。*經(jīng)濟性：在滿足使用要求的前提下，應(yīng)盡可能選擇較低的公差等級和較寬松的配合，以降低制造成本和裝配難度。4.2公差等級的選擇公差等級的選擇實質(zhì)是確定零件的加工精度。選擇方法通常有：*計算法：根據(jù)零件的功能要求，通過力學分析、運動學分析等計算出允許的誤差范圍，進而確定所需的公差等級。這種方法最為精確，但計算過程可能復雜。*類比法：參考經(jīng)過實踐驗證的類似產(chǎn)品或設(shè)計手冊中的推薦數(shù)據(jù)，結(jié)合具體情況進行調(diào)整。這是工程實踐中最常用的方法，簡單易行且可靠。*試驗法：對于一些關(guān)鍵或特殊的零件，通過試驗來確定合理的公差等級。這種方法成本較高，一般用于重要的新產(chǎn)品開發(fā)。選擇時需注意，相配合零件之間的公差等級應(yīng)協(xié)調(diào)，避免出現(xiàn)“高精度孔配低精度軸”或反之的不合理現(xiàn)象，以免影響配合性質(zhì)或造成浪費。4.3配合種類的選擇配合種類的選擇主要依據(jù)零件間的工作特性和裝配要求：*有相對運動：通常選擇間隙配合。運動速度越高、載荷越大，對間隙的要求越嚴格，可能需要選擇較小的間隙或更高的公差等級。*無相對運動：*僅要求固定位置，不傳遞扭矩：可選用過渡配合或小間隙配合、小過盈配合。*需要傳遞扭矩或承受軸向力：通常選用過盈配合，或過渡配合加鍵、銷等緊固件。*定心要求：對中性要求高的場合，優(yōu)先選用過渡配合或過盈配合，避免采用間隙過大的配合。選擇配合時，還需查閱國家標準中關(guān)于孔、軸公差帶的組合規(guī)定，以及各種配合的極限間隙或極限過盈數(shù)值，確保所選配合能滿足設(shè)計預(yù)期。五、工程實踐中的注意事項與應(yīng)用技巧5.1圖樣標注的規(guī)范性在零件圖上，應(yīng)清晰、正確地標注尺寸公差。對于有配合要求的尺寸，通常采用公差帶代號標注（如φ30H7/f6）或極限偏差值標注（如φ30+0.021/0）。裝配圖上則應(yīng)標注配合代號，以明確零件間的配合性質(zhì)和精度要求。5.2與其他幾何公差的協(xié)調(diào)尺寸公差僅控制零件的局部尺寸，而形狀公差（如圓度、圓柱度）和位置公差（如同軸度、垂直度）對零件的裝配和功能也有重要影響。在設(shè)計中，應(yīng)根據(jù)零件的功能要求，合理規(guī)定幾何公差，并注意尺寸公差與幾何公差之間的關(guān)系（如獨立原則、包容要求等）。5.3考慮溫度、材料等因素的影響在高溫或低溫環(huán)境下工作的零件，由于材料熱膨脹系數(shù)的差異，會導致配合間隙或過盈發(fā)生變化，設(shè)計時必須予以考慮。此外，材料的彈性變形、熱處理后的尺寸變化等也應(yīng)在公差與配合選擇時有所預(yù)估。5.4經(jīng)驗數(shù)據(jù)的積累與參考工程技術(shù)人員應(yīng)注重積累實際工作中的經(jīng)驗數(shù)據(jù)，同時善于利用權(quán)威的機械設(shè)計手冊、行業(yè)標準和典型產(chǎn)品案例。這些資料中往往包含了大量經(jīng)過實踐檢驗的公差與配合推薦值，能有效提高設(shè)計效率和可靠性。結(jié)論：精準應(yīng)用，鑄就卓越產(chǎn)品公差與配合是機械設(shè)計與制造中不可或缺的技術(shù)語言。從概念的理解到標準的應(yīng)用，再到工程實踐中的靈活變通，每一個環(huán)